JP2621624B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2621624B2
JP2621624B2 JP2264362A JP26436290A JP2621624B2 JP 2621624 B2 JP2621624 B2 JP 2621624B2 JP 2264362 A JP2264362 A JP 2264362A JP 26436290 A JP26436290 A JP 26436290A JP 2621624 B2 JP2621624 B2 JP 2621624B2
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film
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正人 田中
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に微細パタ
ーンの形成方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a fine pattern.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の半導体装置の製造方法は、縮小投影露光法や電
子ビームを用いた露光方法、また最近ではレーザや加速
粒子を用いた露光方法を用いてフォトレジスト膜をパタ
ーニングし、このフォトレジスト膜をマスクとして幅1
μm程度の微細パターンを形成している。
Conventional methods for manufacturing a semiconductor device include patterning a photoresist film using a reduction projection exposure method, an exposure method using an electron beam, and recently, an exposure method using a laser or accelerating particles, and masking the photoresist film. As width 1
A fine pattern of about μm is formed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来の半導体装置の製造方法は、光を用いて
パターンを露光する場合、光の波長等による解像力に限
界があるため0.4μm以下のパターン形成は、ほぼ不可
能であった。また、電子ビーム等の加速粒子を用いた場
合、光よりは解像力の点で優れているが、装置の価格、
処理能力を考慮した場合、量産工程にこれらの方法を使
用するのは、効率が悪いという問題点を有している。
In the above-described conventional method of manufacturing a semiconductor device, when exposing a pattern using light, it is almost impossible to form a pattern of 0.4 μm or less because the resolution is limited by the wavelength of the light. In addition, when using accelerated particles such as electron beams, the resolution is superior to that of light, but the cost of the apparatus and
The use of these methods in a mass production process has a problem in that the efficiency is low in consideration of the processing capacity.

本発明の目的は、高額で且つ量産に不向きな方法を使
用せずに微細パターン形成が可能な半導体装置の製造方
法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of forming a fine pattern without using a method that is expensive and unsuitable for mass production.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に設
けた被エッチング層の上にポジ型の第1のフォトレジス
ト膜を形成する工程と、前記第1のフォトレジスト膜を
パターニングした後プラズマで処理し前記フォトレジス
ト膜の表面を固化する工程と、前記第1のフォトレジス
ト膜を含む表面にポジ型の第2のフォトレジスト膜を塗
布して表面を平坦化した後エッチングして前記第1のフ
ォトレジスト膜の表面が露出するまで前記第2のフォト
レジスト膜の上層を除去する工程と、塩基系水溶液に浸
漬して前記第2のフォトレジスト膜を収縮させ前記第1
及び第2のフォトレジスト膜の間に空隙を設ける工程
と、前記空隙により露出した前記被エッチング層を異方
性エッチングして溝を形成する工程とを含んで構成され
る。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first positive photoresist film on a layer to be etched provided on a semiconductor substrate, and a step of forming a first photoresist film by plasma after patterning the first photoresist film. Processing to solidify the surface of the photoresist film, and applying a positive type second photoresist film on the surface including the first photoresist film to flatten the surface and then etching the first photoresist film. Removing the upper layer of the second photoresist film until the surface of the first photoresist film is exposed; and immersing the second photoresist film in a base aqueous solution to shrink the second photoresist film,
Forming a gap between the second photoresist film and the second photoresist film; and forming a groove by anisotropically etching the layer to be etched exposed by the gap.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図(a)〜(f)は本発明の第1の実施例を説明
するための工程順に示した半導体チップの断面図であ
る。
FIGS. 1A to 1F are sectional views of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining a first embodiment of the present invention.

まず、第1図(a)に示すように、シリコン基板1の
上に厚さ0.5μmの酸化シリコン膜2を形成する。次
に、酸化シリコン膜2の上に厚さ2μmのポジ型のフォ
トレジスト膜3を塗布してパターニングし、CF4ガスを
含むプラズマで処理してフォトレジスト膜3の表面を周
化(レジスト溶剤に対する不溶体層を形成)する。
First, as shown in FIG. 1A, a silicon oxide film 2 having a thickness of 0.5 μm is formed on a silicon substrate 1. Next, a positive photoresist film 3 having a thickness of 2 μm is coated on the silicon oxide film 2 and patterned, and is treated with plasma containing CF 4 gas to peripheralize the surface of the photoresist film 3 (resist solvent). To form an insoluble layer with respect to

次に、第1図(b)に示すように、フォトレジスト膜
3を含む表面にポジ型のフォトレジスト膜4を塗布して
表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 1 (b), a positive photoresist film 4 is applied to the surface including the photoresist film 3 to flatten the surface.

次に、第1図(c)に示すように、例えばO2ガスを含
むプラズマにより、全面をエッチバックしフォトレジス
ト膜3の表面がちょうど露出した時点でエッチングを停
止する。
Next, as shown in FIG. 1C, the entire surface is etched back by, for example, plasma containing O 2 gas, and the etching is stopped when the surface of the photoresist film 3 is just exposed.

次に、第1図(d)に示すように、塩基系水溶液、例
えば10%のアンモニア水に30分間浸漬することにより、
フォトレジスト膜4を収縮させ、フォトレジスト膜3
と、フォトレジスト膜4との間に幅、0.3μmの開口部
5を形成する。
Next, as shown in FIG. 1 (d), by immersing in a basic aqueous solution, for example, 10% ammonia water for 30 minutes,
The photoresist film 4 is shrunk, and the photoresist film 3 is shrunk.
Then, an opening 5 having a width of 0.3 μm is formed between the substrate and the photoresist film 4.

次に、第1図(e)に示すように、フォトレジスト膜
3及びフォトレジスト膜4をマスクとして酸化シリコン
膜2及びシリコン基板1を順次RIE(反応性イオンエッ
チング)法により異方性エッチングしてシリコン基板1
に幅0.3μm深さ2μmの溝6を形成する。
Next, as shown in FIG. 1E, the silicon oxide film 2 and the silicon substrate 1 are sequentially anisotropically etched by RIE (reactive ion etching) using the photoresist film 3 and the photoresist film 4 as a mask. Silicon substrate 1
Then, a groove 6 having a width of 0.3 μm and a depth of 2 μm is formed.

次に、第1図(f)に示すように、フォトレジスト膜
3及びフォトレジスト膜4を除去した後、溝4を含む表
面に、SOG(スピンオングラス)法又はSOG法にLPCVD
(減圧CVD)法を付加してPSG層7を堆積し、エッチング
して溝6内にPSG層7を埋込み素子分離層を形成する。
Next, as shown in FIG. 1 (f), after removing the photoresist film 3 and the photoresist film 4, the surface including the groove 4 is subjected to LPCVD by SOG (spin-on-glass) or SOG.
The PSG layer 7 is deposited by applying a (low pressure CVD) method, and is etched to bury the PSG layer 7 in the trench 6 to form an element isolation layer.

なお、PSG層の代りに酸化シリコン膜や窒化シリコン
膜を使用しても良い。
Note that a silicon oxide film or a silicon nitride film may be used instead of the PSG layer.

第2図(a)〜(f)は本発明の第2の実施例を説明
するための工程順に示した半導体チップの断面図であ
る。
2 (a) to 2 (f) are cross-sectional views of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining a second embodiment of the present invention.

まず、第2図(a)に示すように、素子領域を形成し
たシリコン基板1の上に酸化シリコン膜2を堆積し、選
択的にエッチングしてコンタクト孔8を形成する。次
に、コンタクト孔8を含む表面に厚さ1μmのアルミニ
ウム膜9をスパッタリング法により堆積し、アルミニウ
ム膜9の上に厚さ2μmのポジ型のフォトレジスト膜3
を形成してパターニングする。次に、CF4ガスを含むプ
ラズマで処理してフォトレジスト膜3の表面を固化す
る。
First, as shown in FIG. 2A, a silicon oxide film 2 is deposited on a silicon substrate 1 on which an element region has been formed, and selectively etched to form a contact hole 8. Next, an aluminum film 9 having a thickness of 1 μm is deposited on the surface including the contact holes 8 by sputtering, and a positive photoresist film 3 having a thickness of 2 μm is formed on the aluminum film 9.
Is formed and patterned. Next, the surface of the photoresist film 3 is solidified by processing with plasma containing CF 4 gas.

次に、第2図(b)に示すように、フォトレジスト膜
3を含む表面にポジ型のフォトレジスト膜4を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 2B, a positive photoresist film 4 is formed on the surface including the photoresist film 3.

次に、第1図(c)に示すように、例えばO2ガスを含
むプラズマによりフォトレジスト膜3の表面がちょうど
露出するまでフォトレジスト膜4をエッチングして除去
する。
Next, as shown in FIG. 1 (c), the photoresist film 4 is etched away by plasma containing, for example, O 2 gas until the surface of the photoresist film 3 is just exposed.

次に、第1図(d)に示すように、塩基性水溶液、例
えば10%のアンモニア水に30分間浸漬してフォトレジス
ト膜4を収縮させ、フォトレジスト膜3とフォトレジス
ト膜4との間に幅0.3μmの開口部5を形成する。
Next, as shown in FIG. 1 (d), the photoresist film 4 is contracted by immersing it in a basic aqueous solution, for example, 10% ammonia water for 30 minutes, and the distance between the photoresist film 3 and the photoresist film 4 is reduced. Then, an opening 5 having a width of 0.3 μm is formed.

次に、第2図(e)に示すように、フォトレジスト膜
3及びフォトレジスト膜4をマスクとしてアルミニウム
膜9をRIE法により異方性エッチングして幅0.3μmの溝
6を設けて配線を形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (e), the aluminum film 9 is anisotropically etched by the RIE method using the photoresist film 3 and the photoresist film 4 as a mask to form a groove 6 having a width of 0.3 μm, thereby forming a wiring. Form.

次に、第2図(f)に示すように、フォトレジスト膜
3及びフォトレジスト膜4を除去した後、陽極酸化法に
よりアルミニウム膜9の表面を酸化させ配線間を絶縁す
る酸化アルミニウム膜10を形成する。ここで、酸化アル
ミニウム膜10が多孔性であると、体積は約1.3倍に膨張
するので溝6内は酸化アルミニウム膜10によって充填さ
れる。また、陽極酸化法の代りにSOG法を用いてシリカ
フィルムを溝6内に充填したり、プラズマCVD法により
窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜を充填しても良い。
Next, as shown in FIG. 2 (f), after removing the photoresist film 3 and the photoresist film 4, an aluminum oxide film 10 for oxidizing the surface of the aluminum film 9 by anodic oxidation to insulate between the wirings is formed. Form. Here, if the aluminum oxide film 10 is porous, the volume expands about 1.3 times, so that the inside of the groove 6 is filled with the aluminum oxide film 10. Further, the groove 6 may be filled with a silica film using an SOG method instead of the anodic oxidation method, or a silicon nitride film or a silicon oxide film may be filled using a plasma CVD method.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、ポジ型のレジスト膜が
塩基系水溶液に浸漬されると体積が収縮することを利用
することにより、0.4μm以下の微細パターンの溝を被
エッチング層に容易に形成でき、半導体装置の集積度を
向上させることができるという効果を有する。
As described above, the present invention easily forms a fine pattern groove of 0.4 μm or less in a layer to be etched by utilizing the fact that the volume of a positive resist film shrinks when immersed in a basic aqueous solution. Accordingly, the degree of integration of the semiconductor device can be improved.

【図面の簡単な説明】 第1図(a)〜(f)及び第2図(a)〜(f)は本発
明の第1及び第2の実施例を説明するための工程順に示
した半導体チップの断面図である。 1……シリコン基板、2……酸化シリコン膜、3,4……
フォトレジスト膜、5……開口部、6……溝、7……PS
G層、8……コンタクト孔、9……アルミニウム膜、10
……酸化アルミニウム膜。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1 (a) to (f) and FIGS. 2 (a) to (f) are semiconductors shown in the order of steps for explaining the first and second embodiments of the present invention. It is sectional drawing of a chip. 1 ... silicon substrate, 2 ... silicon oxide film, 3, 4 ...
Photoresist film, 5 ... opening, 6 ... groove, 7 ... PS
G layer, 8 contact hole, 9 aluminum film, 10
... Aluminum oxide film.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上に設けた被エッチング層の上
にポジ型の第1のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第1のフォトレジスト膜をパターニングした後プラ
ズマで処理し前記フォトレジスト膜の表面を固化する工
程と、前記第1のフォトレジスト膜を含む表面にポジ型
の第2のフォトレジスト膜を塗布して表面を平坦化した
後エッチングして前記第1のフォトレジスト膜の表面が
露出するまで前記第2のフォトレジスト膜の上層を除去
する工程と、塩基系水溶液に浸漬して前記第2のフォト
レジスト膜を収縮させ前記第1及び第2のフォトレジス
ト膜の間に空隙を設ける工程と、前記空隙により露出し
た前記被エッチング層を異方性エッチングして溝を形成
する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
A step of forming a first positive photoresist film on a layer to be etched provided on a semiconductor substrate;
Patterning the first photoresist film and treating it with plasma to solidify the surface of the photoresist film, and applying a positive type second photoresist film to the surface including the first photoresist film Removing the upper layer of the second photoresist film until the surface of the first photoresist film is exposed by etching after flattening the surface, and immersing the second photoresist film in a base-based aqueous solution. Providing a gap between the first and second photoresist films by shrinking the resist film; and forming a groove by anisotropically etching the layer to be etched exposed by the gap. A method for manufacturing a semiconductor device.
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